运动生物力学的定义精选(九篇)

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第1篇：运动生物力学的定义范文

【关键词】24式太极拳；传统杨式太极拳；生物力学对比

A Biomechanical Comparative Study between 24-Posture and Traditional Yangs Style Tai Chi

HU Yan-bin1, HU Xiao-chen2, ZHANG Xiu-juan1, ZHANG Xiao-di1, YU Xiaoyan1

(1. Department of Physical Education, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100029;

2. Department of Physical Education, Beijing Language and Culture University, Beijing 100083)

【Abstract】 The research, employing research methods of biomechanics and advanced instrument (QUALISYS-MCU500 infrared radioactive testing system), makes a biomechanical analysis into the 24-posture Tai Chi movements of three excellent Tai Chi players. It also compares the morphological date of the typical motions of 24-posture Tai Chi and traditional Yangs Style Tai Chi. We hope to provide some experimental ground for the study of the similarities and differences between the two styles of Tai Chi in their forms and their value functions.

【Keywords】 24-posture Tai Chi, Traditional Yangs Style Tai Chi, Biomechanical Comparation

1研究对象与方法

1.1研究对象

研究对象为三位亚洲武术锦标赛、全国武术锦标赛以及全国太极拳、剑锦标赛冠军。运动员基本情况见表1。

1.2研究方法

1.2.1文献资料法

查寻了全国中文体育期刊的13个核心期刊近十年关于太极拳在运动生物力学方面研究的文献，以及相关论文、著作。

1.2.2专家访谈法

咨询了北京体育大学武术系和运动生物力学教研室的老师和专家，向其请教有关论文实验设计、数据分析等方面的问题。

1.2.3三维运动学测试与分析

应用红外远射测试系统对24式太极拳的主要动作进行三维生物力学分析。

1.2.3.1QUALISYS―MCU500红外远射测试系统简介

应用瑞典产QUALISYS―MCU500红外远射测试系统（六个镜头）对24式太极拳的全套动作进行拍摄，拍摄频率为20幅/秒和40幅/秒。

下面对QUALISYS系统进行简单的介绍。QUALISYS系统即红外光点测试系统。它有六个镜头对准研究对象可对其运动的全过程进行测试。与传统的高速摄影（录像）与解析方法相比，红外光点测试系统省却了人工解析的繁重工作，不但可以对测试结果进行快速反馈，而且避免了人工判读测试点所产生的人为误差。QUALISYS系统由MCU(Motion Capture Unit)、反射标志物、计算机及相关软件组成。其基本工作原理为：将反射物置于红外光环境中，镜头将捕捉由标志物反射的红外光线，计算反射标志物在空间的位置。红外光线由MCU的红外发光二极管发射。反射标志物表面是一种特殊的反光材料，如果有一束光向标志物射去，其反射光中相当大的部分将沿着入射的方向发射回来。MCU集红外光线发射、图象获取、图象处理和数据传输功能为一体，是该系统的核心部分。一个MCU可以获取图象的2维坐标，两个以上的MCU获取的2维坐标经过合成就可以得到图象的3维数据。本系统配备6台MCU，他们依次串联就可进行同步测量。在进行测量过程中，只要某个反射标志物反射的红外光在某个瞬间能够被2个以上的MCU捕捉，该标志物的三维坐标就可准确地获得。因此，该系统能够方便、快捷、准确地获得复杂运动的三维运动信息。

实验现场布置及系统工作原理如图1所示。

图1 实验现场布置图

1.2.3.2标志点的设置

共26个红外反射标志点固定在受试运动员身体上。固定位置如表2所示。

1.2.3.3实验过程

（1）架设测试系统

对六个镜头的高度、俯仰角度和焦距进行调整，使坐标框架在每个镜头中的位置在中间靠下，且光点大小合适。

（2）对测试空间进行标定

标定时，实验人员在运动员技术动作可能会达到的空间内不断晃动手中标定杆对测试空间进行标定。标定时间为10秒，共200个和400个画面。系统自动计算六个镜头的标定参数，并对是否通过标定进行判定。

（3）动作技术测试

受试运动员进行一定的准备活动后在其身体测试部位贴置反射标志点。为减少系统误差，所有项目运动员标志点的设置均由一人完成。身贴标志点的运动员在测试范围内完成一套动作，每个被测试者演练3－4次，取测试效果最好的一次进行分析。

测试效果如图2所示

图2QUALISYS测试太极拳效果

（4）数据处理方法

测试完毕后，对画面中各点进行定义，系统自动计算并给出各标志点相对于空间标定坐标系的三维坐标。

应用QUALISYS系统中的QTools软件和Excel软件对一些基本运动学指标进行计算，这些指标包括：各点运动速度、膝关节角度、肘关节角度、重心变化趋势以及胸椎曲率的变化趋势。其中膝关节角度定义为同侧膝―踝连线与髋―膝连线的夹角，肘关节角度定义为同侧腕―肘连线与肘―肩连线间的夹角。

2结果与分析

本文将一套24式太极拳的主要动作按定式动作进行分组研究。其中定式动作一类主要按步型分类（见表3）。将三个受试者24式太极拳的主要动作进行形态学数据统计并和传统杨式大架太极拳的主要动作进行比较，找出异同。从而为太极拳的拳理提出一定的科学的依据和补充。

2.1定式动作的形态学数据分析

对三个受试者24式太极拳中的主要动作的测量数据进行统计，所得结果见表4、表5、表6。

三个受试者主要定式动形态学数据统计，见表7。

武冬等通过对杨澄甫所著《太极拳体用全书》中104张拳照进行照片解析，从生物力学的角度揭示了杨式大架太极拳的技术特征〔1〕，所得统计数据见表8。

2.1.1弓步、虚步、仆步

传统杨式大架太极拳中弓步的承重腿膝角在128°左右，非承重腿为164°左右。虚步的承重腿膝角在133°左右，非承重腿为151°左右。仆步的承重腿膝角在106°左右，非承重腿为178°左右。左右肘角在148°左右（见表8）。

在24式太极拳中，三个受试者所完成的60个弓步中，有37个左弓步23个右弓步。两侧弓步的承重腿膝角平均为98°左右，非承重腿为160°左右，左右肘角为140°左右。4个虚步的承重腿膝角平均为105°左右，非承重腿为146°左右，左右肘角为134°左右。2个仆步的承重腿膝角平均为40°左右，非承重腿为172°左右，左右肘角为139°左右。

将两者进行比较发现，无论是传统杨式大架太极拳还是24式太极拳，弓步、虚步、仆步三种步型的非承重腿的角度在165°左右，这说明，非承重腿并没有完全伸直，充分体现了太极拳“屈蓄有余”的特点。而就承重腿而言，24式太极拳中三种步型的承重腿膝角比传统杨式大架太极拳的承重腿膝角小了30°，尤其是仆步小了60°。武冬等在《杨式大架太极拳主要动作的生物力学特征分析》一文中指出，传统杨式大架太极拳弓步动作的这一特点是由其技击性决定的，这一角度可使支撑腿发挥最佳的登地效果，有利于蓄劲发力和借劲发力之间攻守的转换。而在24式太极拳的演练中，弓步、虚步承重腿膝角平均为100°左右，承重腿接近于水平。由运动生物力学原理可知，承重腿的膝角越小（承重腿的膝关节不能超过前脚的脚尖），大腿肌群的承重力越大。因此，24式太极拳的练习对提高练习者腿部肌肉尤其是股四头肌、半键肌、半膜肌和股二头肌的力量具有良好的作用。对中老年人来说，良好的下肢力量，是提高身体平衡能力减少摔跤几率的关键。通过练习24式太极拳，可以增加下肢的肌力，提高平衡能力，从而具有良好的健身价值。

2.1.2独立步类（金鸡独立）

传统杨式大架太极拳中独立步的支撑腿膝角在170°左右，而非支撑腿为135°左右。在24式太极拳中，支撑腿膝角在160°左右，而非支撑腿为65°左右。

将两者进行比较，他们的支撑腿的角度在165°左右，这说明，，支撑腿并没有完全伸直，也体现了太极拳“屈蓄有余”的特点。而非支撑腿两者的差别很大。相差70°左右。这就说明了传统杨式大架太极拳的非支撑腿提膝时并没有完全收紧，将其进攻和放手的双重含义充分的体现出来。而24式太极拳的非支撑腿提膝时膝角只有65°左右，因此动作具有很好的观赏性。

在各类动作中左右肘关节角度都保持在140°左右。这就体现了太极拳处处带有弧形、带有劲的特点。

3结论与建议

通过以上对传统杨式大架太极拳与24式太极拳主要定式动作的形态学特征的比较我们可以看出，传统杨式大架太极拳无论是动作的高低还是动作幅度均小于24式太极拳。当然，这里也应考虑到比较对象的年纪问题，杨澄甫先生留下来的拳照都是在他年纪较大的时候所拍摄的。而24式太极拳的受试者的年龄在30岁左右。但是，就目前太极拳的发展现状来看，传统太极拳与竞技太极拳确实存在着较大的差异。传统的太极拳比较注重其技击性，这也就决定了它的一切动作都要以技击性和实用性为目的，所以动作幅度较小，有利于用力和动作的收放自如。所以说，传统杨式大架太极拳的技术特点是以其技击性为核心的。而在其基础上发展而来的24式太极拳，其目的是为了更好地修身和健身，经过不断的演变和发展，其动作的技术特点是在保留其技击性的基础上，朝着观赏性和健身性的方向发展。所以其动作的幅度较大，更注重美观和健身的效果。

参考文献

第2篇：运动生物力学的定义范文

关键词：生物力学；有限元分析；步态研究

中图分类号：G804.01文献标识码：B文章编号：1007-3612(2007)08-1080-03

有限元法(finite element method,FEM)是一种在工程科学技术中广泛应用的数学物理方法，用于模拟并解决各种工程力学、热学、电磁学等物理场问题。有限元法应用于生命科学的定量研究,已取得了长足进展。在步态生物力学研究领域，尽管足底压力测量、影像分析和表面肌电等技术被广泛应用，但足部骨骼、软组织等结构内部的应力传递机理始终无法得到力学解释。当FEM应用于足部生物力学研究时，复杂的骨胳几何结构、边界条件和材料的不均匀性等问题便找到了可能的解决途径。

1步态的数值建模几何参数

1.1X光照片从不同方位的多幅X光照片获得几何数据重建足部的三维模型是一种方便、经济的方式。Jocob 和Patil［1,2］通过某健康者和某患有Hansen氏病的主体的X光照片获得的足部几何数据，进行了有限元对比分析。但是该方法所得到的模型相对粗糙, 只能给出足部的大致轮廓, 难以细致分辨足部各骨及其组织。

1.2 CT扫描图像的三维重建CT主要为横断层成像，但带有越来越多的图像后处理系统，如多维断层重建、三维图像重建、扫描后再次放大、立体模型与几何模型测量法等，可以清晰地反映出物体内部的不同结构和组织，对研究及建模带来很大方便。Camacho等［3］分析了间隔为1mm 的人体足部CT断层扫描照片(图1)，为进行有限元分析建立了一套较精确的模型。

1.3MRI图像重建MRI为核磁共振成像，该技术既具有成像清晰、解析度高的特点，又能清晰显示人体结构的组织学差图1人体足部CT断层扫描建立模型异和生化变化，在不改变的情况下，可直接获取横、矢、冠、斜4种断层图象。研究人员可以得到十分细致的足部几何模型。Gefen 等［4］从MRI图像中重建出正常人足部骨骼的几何构形。Zhang Ming等［5］通过Coronal MRI技术，间隔2 mm建立了糖尿病足的模型(图2)。

图2糖尿病足的模型通过上述医学成像系统获得的足部骨骼的几何学数据是比较精确的，但对于韧带、肌肉和足底腱膜等其它组织，则还需要从解剖学作更深入的研究，利用图像后处理分析（由输出的通用图像数据文件，存储在计算机中；采用直方图修正法来改善图像质量，或高斯滤波进行图像平滑以减少噪声，Sobel梯度算子检测边缘）来获得可靠的模型几何数据。常用的影像分析软件有mimics、3d-doctor等。通常方法是从上述软件得到各组织的边界数据，再从制图软件（solidwork、pro/e、ug等）建立实体模型，这样才有利于有限元分析软件（ansys、abaqus、femlab等）更好的处理。

2步态的数值建模材料力学参数

Huiskes［6］研究发现在准静态荷载下，骨和软骨可视为各向同性的线弹性材料。但是，Clift［7］对关节软骨做了有限元分析，证实关节软骨的应力―应变关系随时间的变化呈现出一定的非线性，故把关节软骨看作一种非均质、各向异性的材料更合理。Keyak［8］等把骨的应变张量看成力学激励，这样，应变张量中的各元素就是骨再造方程中的系数，然而，系数之多又给计算机模拟数值解造成了一定困难。Koosltra［9］等假设骨能够根据其应力―应变状态来调整小梁骨的方向性和内部密度分布，用应变能作为力学激励，由于它是标量，使方程的系数为常数，可以保证数值解的取得。因此，骨单元的划分一般采用六面体块单元或楔形单元。考虑到关节软骨在足部运动中起的重要作用，如果把关节软骨都简化为线弹性材料，计算结果必将有很大误差。因此，从模型的整体出发，在建模过程中一方面要注意把一些对足部运动影响不大的关节软骨(如跗骨间关节)加以简化，以减小模型的复杂度；另一方面，为保证计算的精确性，对于一些大关节软骨(如 距下关节)则要考虑为非线性，最好结合影像分析，获取其运动参数，以提供较为准确的边界条件。如何定义足部各关节的运动方式，并建立相应的足部模型约束条件是足部有限元分析的难点。

韧带，足底皮肤及肌肉等软组织属于非线性材料，所以可划分为簧单元。Race and Amis［10］对正常人体下肢韧带进行了单轴拉伸实验，得出韧带的材料参数可按下式取值：

3步态有限元分析的应用

3.1医学的临床诊断应用Jocob 和Patil利用三维有限元模型分析了Hansen氏病和糖尿病病人经常发生足骨变形、肌肉麻痹和足底局部溃烂等病理现象的力学原因，为解释和防治上述病情提供了大量有价值的信息。Gefen［12］模拟切断跖腱膜，发现完全切断后足弓广泛变形，长韧带承担的张应力显著增加，超过正常均值的2倍，据此提出手术切断跖腱膜必须慎重的观点。研究还发现糖尿病足第一跖骨头下软组织的张应力是正常足的4倍，第二跖骨头下张应力是正常足的8倍［13］。随着组织硬化加重，接触应力的峰值分别增加38%和50%，表明糖尿病足的损伤很可能始于更深的组织层，即内侧跖骨突出部下方的组织最脆弱。吴立军［14］等建立扁平足第二跖纵弓有限元模型，计算得出扁平足的第二跖骨动态应力比正常足增加了8%～21%，增加了第二跖骨疲劳骨折的危险性。Zhang Ming等模拟糖尿病足软组织硬度的增加，发现足部应力集中于跟部和中间跖骨区，说明了这两个部位溃烂的力学机理。Peter R.Cavanagh［15］等应用逆向有限元分析，说明了糖尿病足跟部软组织材料非线性建模的重要性，并且显式计算了足跟与不同材料和厚度的鞋之间的接触应力，为缓解病人跟部疼痛的力学因素提供进一步信息。

3．2辅助设计合理的鞋类、假肢和医疗器械应用有限元分析改进足踝矫形器(Ankle-Foot orthosis,AFO)和假肢的设计是康复工程和生物力学研究的热点。Abu-Hasaballah 等［16］用有限元法分析发现主要接触压力发生在AFO的穿夹部分，而最小压力发生在小牛皮外壳部分, 因此建议用小牛皮作为原材料制作AFO，既可以减轻AFO重量，又可以提高其舒适度。Lemmon 等［17］对用于治疗足部疾病的特殊鞋类的内垫的效果做了有限元分析, 并且验证了用准静态平面应变有限元法研究跖骨前端的足鞋界面，可以得到对足底应力分布的合理预测这一假设。此外，Shiang TY［18］研究了不同鞋跟垫材料对足底冲击波的吸收能力，并且发现，只有用二阶非线性应力―应变曲线才能正确地描述这些制鞋材料，肯定了FEM在设计具有特殊功能的鞋类中起到的关键作用。Gu yaodong等［19］应用非线性材料特性，对青年女性高跟鞋状态下足部应力分布的研究，发现跖骨区应力值为平底鞋状态下的2～3倍，足底腱膜处为平底鞋状态下的1.5倍，从力学角度说明了鞋跟高度给足部结构应力值带来的变化和高跟鞋状态引发的常见足病的成因。Syngellakis等［20］发现只要认真设定模型的关键参数，有限元法是评估各种塑胶足踝矫形器的可靠方法,并且可用来满足特殊患者的需要。Chen等［21］分析了2种完全接触式鞋垫的足底压力再分布情况，与平鞋垫相比，除了中足和趾区，完全接触式鞋垫可减低足底其它部位的正常应力峰值及平均值。Saunders等［22］建立了一个立体的加后跟垫的踝足模型，利用基于某截肢患者步态分析所得到的载荷条件加以分析，以了解假肢足跟部的粘弹性，旨在使假肢设计更加个性化。Xiao-Qun Dai［23］等对足、袜、鞋三者接触的力学分析，以解释由袜导致的不同足底摩擦系数，发现低摩擦系数的袜子明显减少足、鞋之间的剪力，对减少足底水泡和溃疡等症状有显著效果。

4结论

足部结构的特点在于其形状的不规则性，其外形一般多为自由形状的曲面，难以用准确的数学解析方程进行描述。因此，对足部各种力学行为进行计算机仿真模拟有助于认识和研究步态的内在力学机理。步态生物力学有限元研究虽然已取得一定的成果，但仍有许多问题尚待探讨。在模型的形态上，目前主要还是以骨骼为主，韧带、肌肉、软骨等结构还缺乏精确的分析；在生物材料特性上，虽然清楚材料性能参数直接影响着研究结果，但生物材料性能测试还缺少办法。

未来的研究主要围绕着足部三维运动参数的获取、三维有限元模型的完善以及足部运动状态下压力、剪切力的准确测量。随着计算机硬件的飞速发展与各类有限元应用软件的持续改进，医学影像技术对足部结构分辨能力的提高和图像识别技术的进步，在相当细微的程度上构建三维足模型成为了可能，同时，使FEM模拟仿真的精确度、准确度与计算速度不断提高。人们可以更方便地建立有针对性的有限元模型，用以模拟各种运动状况，为研究复杂的足部功能、足疾病因、物理治疗和康复器械提供更强的研究手段。

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第3篇：运动生物力学的定义范文

[关键词] 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征； 三维有限元； 生物力学

[中图分类号] R 318.01 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.02.009

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS）是具有发病率高、并发症多、猝死率高、常被患者忽略治疗等特点的疾病[1]。下颌前伸矫治器作为阻鼾器的一种

类型，是治疗OSAHS患者的有效手段[2]，而下颌前伸定位是口腔矫治器治疗OSAHS的核心问题之一。对于下颌前伸与上气道相关结构间的关系及适宜前伸量存在较多争议[3]，采用有限元方法对此方面的生物

力学研究，至今鲜见报道。本研究通过建立OSAHS上气道及周围结构的有限元模型，并对整体模型进行下颌逐步前伸加载，观察上气道舌咽部形态和生物力学的改变和特征。寻找下颌前伸与舌咽部之间的关系，为口腔矫治器治疗OSAHS提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 OSAHS患者上气道及周围结构三维有限元模型

的建立

1.1.1 CT数据获取 选取1名经夜间多导睡眠仪监测并确诊为OSAHS[4]的男性志愿者，经下颌前伸矫治器治疗有效并自愿停用治疗3个月，排除了其他导致上气道阻塞的各种解剖或病理因素。经16排螺旋CT机（GE/Lightspeed）进行扫描，患者取仰卧位，使平面垂直向下，扫描线与平面平行进行连续扫描，扫描范围为甲状软骨至眼眶下缘；扫描条件：120 kV，230 mA，层厚0.625 mm，层间距0 mm，得到218张CT图像，以DICOM格式刻录存盘。

1.1.2 建模方法 将CT扫描所获得DICOM格式数据文件导入Mimics 10.0软件中，经过阈值分割、区域生长、空洞填补与3D计算等操作，生成组织三维面模型。进一步的光滑化处理后在Mimics 10.0的Remesh模块中网格划分，生成了以-remesh命名的模型，用Iges格式另存即可。运用同样的方法分别重建出下颌骨、舌骨、气道的三维实体模型（图1）。

在Mimics 10.0中生成的模型以Iges格式导入反求软件Imageware 10.0中对点云数据进行处理，通过降噪、去除突出点等工作后，在该软件中对点云数据逐层进行B样条曲线拟合，Loft曲面生成，保证模型具有较高的几何相似性；将几何特征以Iges格式保存，并导入Ansys 8.0软件以生成体模型（图2）。由于本研究所关注的软组织（颏舌骨肌、下颌舌骨肌、颏舌肌

及舌体等）分别建模有困难，因此对软组织的建模采

取如下简化方法：作为一个整体进行建模，与气道接触处的肌肉边缘由气道的边缘重合，舌体的边缘由下颌骨的边缘确定，这一过程主要在Ansys中根据CT图像和解剖结构直接生成。

体模型的网格划分采用自动与手动相结合的方式，单元类型采用10节点的Solid92四面体单元；材料特性采用Mimics软件自动赋值与文献数据[5]相结合的方式（表1），生成上气道三维有限元模型（图3）。

为了简化分析计算与建模方便，在模型的构建中进行了如下假设与简化：1）将下颌骨模型全部作为皮质骨进行建模，未对其中的松质骨建模；2）将连接下颌骨和舌骨之间的肌肉作为整体建模，没有对骨膜进行建模，只是在模型中对肌肉与骨的连接部分进行了共面处理，在今后的分析计算中也会带来误差；3）设定模型中各材料和组织为连续、均质和各同向性的线弹性材料。

1.2 整体模型的下颌骨前伸加载分析

1.2.1 对模型进行相关力学相似性的验证 验证条件：牙尖交错位，限制下颌角和髁突、喙突的刚性位移。在侧切牙、前磨牙和磨牙上分别加载60、150、300 N的力，验证结果为3条应力轨迹线与经典文献一致[6]，说明建立的模型具有非常高的力学相似性，模型有效。

1.2.2 约束条件 设定上气道后壁不动，舌骨-肌肉-下颌骨连接为一整体、均质弹性体；将肌肉末端、舌骨内侧与相应上气道进行连接。对下颌骨的髁突、喙突限制所有自由度，下颌角肌肉附着处限制x、z方向位移，不限制下颌前伸。

1.2.3 加载 参照文献[3]，设定前伸量的范围为2～

8 mm；加载时在前牙列上模拟佩戴矫治器后施加前伸的位移量，分别从原始位加载下颌平移前伸2、4、6、8 mm，依次定义为工况一、工况二、工况三、工况四。在模型的上气道表面分别选取会厌尖横截面的横径和矢状径[7]为观察指标，位移数值增加记录为

正值，减小记录为负值，观察下颌骨不同前伸量相应形态位移和应力变化。

2 结果

通过对三维有限元模型中的下颌骨模型加载发现上气道舌咽部平面发生改变，在工况一、二、三、四作用下，舌咽部会厌尖横截面横径数值变化明显增加，最大增加到0.70 mm；舌咽部会厌尖横截面矢状径随加载顺序呈减小趋势，其最大减小到0.15 mm（表2）。

在综合位移图中可见，气道舌咽会厌尖截面积也随着下颌前伸量呈逐渐增加趋势。加载模型后，主应力分布位置未发生明显改变，主要集中于上气道前壁区肌肉牵拉处，但应力值随着前伸距离增加不断增加，S1主应力从最初的0.33 MPa增至1.33 MPa（表2，图4～5）。

3 讨论

3.1 利用Mimics 10.0、Imageware 10.0和Ansys 8.0软

件构建三维有限元模型的特点

上气道的生物力学和形态学研究成为研究OSAHS的重要方面，以往对上气道软组织结构的建模多未涉及气道与下颌骨等周围结构[7-8]或使用软件单一[9-10]。本研究利用Mimics 10.0、Imageware 10.0和Ansys 8.0软件构建上气道及周围结构三维有限元模型，利用软件的各自特点和优势，不仅减少了工作量，而且保证了模型的准确性和质量，同时为后期分析计算结果提供了保证。利用Imageware软件和Ansys软件的处理可保证模型的光顺与原点云数据的高拟合度，对于其上的颏孔等解剖结构未进行简化，为后续的加载和肌肉力附着点提供了准确的依据。根据CT图片的具置在Ansys中进行肌肉简化模型的生成，因此模型具有非常高的几何相似性。再在Mimics软件中自动赋值给骨和肌肉，实现了较准确地模拟模型中力学的基础。然后对建立模型进行力学相似性验证，说明建立的模型有很高的力学相似性，建模有效。

3.2 下颌前伸对OSAHS上气道舌咽部三维有限元模

型的加载分析

以往对上气道的模型加载分析，研究的重点都集中在对上气道内气流压力的变化引起上气道形态改变[11]和手术治疗方面[8]，而对于下颌前伸与上气道形态的加载分析没有涉及。基于此，本实验通过模拟下颌前伸矫治器治疗OSAHS的机理，通过对已建立OSAHS上气道有限元模型加载，使下颌逐步前伸，观察和分析舌咽部的生物力学和形态学改变，主要表现为下颌前伸后，咽部肌肉趋于绷紧状态，上气道体积增加并纠正咽部松弛和塌陷，依据本实验结果，在工况一、二、三、四下，横径明显增加，在舌咽部矢状径随加载呈减小趋势，可能是由于本研究中采取下颌骨平移方式加载，下颌垂直方向上打开不明显所致。加载发现；气道舌咽会厌尖截面也随着下颌前伸过程呈逐渐增加趋势，最大截面出现在工况四作用下，可能说明在下颌骨平移前伸时，相对于矢状径，横径对上气道打开作用更为明显。4种工况下应力分布位置未发生明显改变，主应力主要集中于上气道前壁区肌肉牵拉处，但随着前伸距离的增加，应力值不断增加，S1主应力从最初的0.33 MPa增至1.33 MPa。

本研究中，随着加载距离的增加，上气道舌咽部形态发生改变，表现为舌咽部横径和横截面增加，有利于消除OSAHS患者该段的狭窄和阻塞，打开上气道，达到治疗OSAHS的作用。实验过程中发现：随着下颌前伸距离增加，其应力区的应力更为集中，故使用下颌前伸治疗OSAHS时，建议初次前伸距离不宜过大，最好根据需要逐步增加，尽可能在最大减少患者不适感的情况下获得疗效。

有限元分析作为一种生物力学的模拟研究方法，其结果的准确性依赖于建模的质量、分析中边界条件与加载设置等[12]。而上气道作为一种软组织多而

解剖复杂的肌性管道，其中肌肉运动对气道影响也至关重要，但目前由于各方面条件限制，达到完全真实的模拟也存在很多困难。本研究根据解剖位置直接生成肌肉等结果，模型简化和加载方式的单一可能会造成结果计算中产生误差，希望随着研究深入，在后续中加以改进，使三维有限元在OSAHS研究中发挥更大的作用。

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第4篇：运动生物力学的定义范文

关键词：罚球射门；出手速度；肘角；腕角；水球

中图分类号：G804.66

文献标识码：A

文章编号：1007-3612(2007)07-0925-03

Biomechanics Analysis of Women Athletes' Penalty Throw Technique in National Water Polo Team

ZHENG Zhi-yi, LIU Hui

(Beijing Sport University, Beijing 100084, China)

Abstract:Whether shooting technique is reasonable or not in a contest determines the outcome of competition. Penalty shoots is an important part of shooting techniques, so it is important for the water polo training of shooting techniques to study the penalty shoot. JVC-3000 normal-speed camera and video film analysis system were used in this research. With the method of three-dimensional kinematical analysis, we analyze the technique of water polo women athletes' penalty shooting. Through kinematical analysis of upper arm movements, the study reveals the movement patterns and spatial characteristics of the technology. This research also finds advantages and disadvantages of their shooting techniques in order to provide reference for their training.

Key words: penalty shoots; release speed; elbow angle; wrist angle; water polo

在我国，水球是落后项目，女子水球国家队刚刚组建不久，在国际上名次很低，男子水球虽在亚洲称雄，但亚洲水球目前尚不足以与欧美洲强队抗衡。射门技术是水球运动的一项基本技术，同时又是一项关键技术，并且是水球运动中最复杂、难度最大的技术，特别是水球运动迅猛发展的今天，激烈对抗越来越强，在势均力敌的比赛中，射门成功率的高低常常成为决定胜负的关键，许多比赛只以一球定胜负，从而对射门技术提出更高的要求。本研究试图应用运动生物力学的研究方法，分析射门动作的主要环节，掌握影响射门技术的主要因素，揭示射门动作技术的基本规律和特点，为有针对性的进行训练和改进技术动作提供科学、客观的依据。

1研究对象与方法

1.1研究对象

试验对象为现役我国女子水球国家队8名运动员。平均身高达174.6cm，其他具体人体测量学数据如表1。

1.2研究方法

运用三维高速录像与解析系统对上述8名运动员罚球时大力射门动作技术运动学特征进行研究。

1.2.1录像系统

采用录像系统(包括两台录像机及一个三维标定框架)，录像拍摄频率为50fps。三维标定框架置于水中罚球线位置，标定框架的尺寸为2m×3m×2m，近一半的框架位于水面下，水面上共有12个标定点，能较好的使整个动作范围位于框架标定空间内。

1.2.2射门动作过程

射门动作于2006年1月11日在广西游泳中心水球训练馆进行。实验现场布置如图1。

录像机如图架设完毕后，用三维标定框架对运动范围进行标定。框架被拿开后，受试者在同一位置进行射门。正式射门前，受试者进行足够数量的射门练习(以需要为准)。正式射门时，运动员进行大力射门，同时进行录像三个大力射门动作。然后对下一名运动员进行如上程序的射门试验。

1.2.3录像解析过程

根据教练员目测，选取三次射门中最好的一次动作进行解析。每个射门动作定量分析水球离开水面至出手后3幅所有画面。录像分析采用视讯录像分析系统。解析点为：头顶点、胸骨下缘、左右肩、持球臂肘、持球臂腕、持球侧手及水球。

1.2.4运动学数据的计算

本研究中数据采用“视讯运动图像采集与分析系统”进行解析，应用Qtools及Execl软件进行数据计算及统计学处理。

本研究对关节角度的定义如下：

躯干扭转角度：某一动作过程左右肩连线在水平面的投影转过的角度。用来衡量身体扭转程度。

肘关节屈伸角：前臂与上臂间夹角。

腕关节屈伸角度：前臂与手之间的夹角。

关节角度运用Q-tools软件计算后，导入EXCEL进行计算分析。

2结果与分析

根据射门动作的运动学特征及其目的任务，可将射门动作分为两个动作阶段。

首先是超越器械阶段。该阶段运动员从水中提起水球，展开肩部，重心前移，球及持球臂位于躯干后方，形成背弓。该阶段以球与头水平距离最远时刻结束，该时刻为运动员最大超越器械时刻。

第二阶段是大力向前挥臂射门动作阶段。该阶段是受试者射门动作的关键阶段，受试者肩、肘、腕肢体各环节依次加速与制动，使末端环节(手尖)产生极大速度，最后转化为球的动能。

下面对受试运动员射门过程两个阶段的动作技术根据实验结果进行说明与分析。

2.1超越器械阶段动作技术分析受试者在超越器械结束时(相对向后引臂到极限点时)，腕关节成角平均约为153.4°肘关节平均约为105.8°。其中腕关节角度与Brucec.Elliott和JulieArmour所研究的女子运动员158°接近，但是肘关节却比其研究结果(85°)多出20°，接近他们当时研究的男运动员(107°)水平[5]。

受试者在相对向后引臂最大幅度时，球置于头上方平垂直距离均约0.173m，明显比Brucec.Elliott和andJulieArmour所研究的女子运动员(0.13m)大，接近了当时他们研究的男运动员(0.19m)[5]。这与受试者身体自然情况有关，为消除身高因素影响其距离，求得球与头在垂直方向上的距离与身高的比值，平均为0.099。在水平方向上头与球的距离平均约为0.45m。为消除臂展因素影响其距离，求得球与头在水平面上的距离与臂展的比值，平均为0.249(表3)。从表中可以看出，中国女子水球运动员在射门技术超越器械阶段相对向后引臂到最高点时肘关节角度及这两个指标更接近当时国外水球男子动作幅度，但腕关节角度相对当时女子指标还小。

本研究测算了受试者躯干扭转角度。发现受试者身体向后扭转平均约24.42°。而在大力向前挥臂动作阶段时，身体平均转过了101.8°(表2)。

受试者躯干扭转动作的幅度可在一定程度上说明其超越器械的程度与技术特征。从表中数据可以看出，高翱、郑颖和莫凤敏躯干在超越器械阶段向后扭转幅度很小，而其他5名选手的扭转幅度则非常大。造成这种差异的原因在于运动员初始位置不同，观察她们的技术图像可以看出，高翱刚开始拿球时身体已经侧对球门，而马欢欢的初始身体为面对球门。根据肌肉工作的生物力学原理可知，肌肉被动的离心收缩可以在拉长的肌肉中储存弹性势能，并产生牵张反射，进而在后继向心收缩过程中转变为动能，加快动作速度，提高动作质量。因此，面对球门的初始姿势可以使躯干有充分后旋的空间，肌肉被动拉长，有利于提高躯干向前扭转射门过程的动作速度。而侧对球门的运动员躯干肌肉没有或很少拉长，后继的射门动作则只有肌肉向心收缩产生的力量。但是，侧对球门运动员由于没有躯干后旋动作，使得整个射门动作的时间短，可使对手来不及防守，出其不意而得分。

从表3数据还可以看出，受试者躯干向前扭转角度的差异并不明显。这说明，不管是侧对球门还是面对球门，运动员躯干都将尽量大幅度向前扭转，增加投掷用力的距离，从而增加出手速度。

2.2大力向前挥臂射门动作阶段

此阶段是受试者射门动作的关键阶段，是受试者肩、肘、腕肢体各环节依次加速与制动,使末端环节(手尖)产生极大速度的动作过程，并最终转化为球的动能。该动作类似人体鞭打动作。上肢鞭打动作的主要目的是使末端环节获得最大的速度。为了达到这一目的,躯干和上肢各环节不但要尽力向投掷方向运动,而且必须协调配合。因此,运动员在做鞭打动作时,各肢体的运动形式必然表现出一定的配合特征即时序性。如图6所示受试者高翱的数据图，可以看出,该受试者肩、肘、腕依次加速，制动，使得动量依次通过上肢各环节最后传递到球，发挥出较高球速。如果这个时序性被打乱，必将影响最后球的出手速度。这个时序性，不仅与各个转动中心出现最大速度的时间先后有关，还与其时间间隔相关。如表4所示，研究发现孙雅婷时序性好，且各环节出现最大速度间隔大，表明其作用时间长，最后出手速度也最大。而只有受试者于雪肩最大速度出现在肘最大速度之后0.02s。可能这个原因使得其出手速度较其他受试者都低。这也说明了鞭打动作个环节依次加速、制动的时序性的重要性。

从表4中还可以看出,各环节动作达到最大速度的时间间隔非常小，都小于0.1s，这与其他研究者的结论[7]是一致的。这提示我们上肢鞭打动作各环节的配合需要十分的精确。因此对这些项目的运动员不但要进行肌肉力量的训练,还要有专门的方法训练各环节的动作协调与配合[7]。本研究建议受试者于雪可专门训练动作的协调与配合。

本研究统计了受试者手尖最大速度出现时刻与出手时刻的时间差，平均为0.015，有四个受试者是在出手时同时手尖达到最大速度。

本研究还统计了受试者出手前躯干在垂直轴上的位移范围，平均为0.269m(国外可达0.5～0.8m)[5]，通过对受试者躯干在垂直轴上的位移与出手速度进行相关性研究，发现其相关系数为-0.072。说明对于高水平运动员，球的出手速度与身体在垂直方向上的位移不存在明显的相关性。这个结论与BrucecElliott和andJulieArmour所研究的结论一致，表明出手速度与身体在垂直方向上的位移无明显相关性。但是鉴于身体在垂直方向上的位移越大，越容易越过防守对方，加大射门的威胁，所以本研究还是建议在不影响球速的条件下尽量增加身体在垂直方向上的位移。

在出手前0.22s阶段内，本研究发现孙雅婷与其他几个受试者腕关节表现不一样，如图7所示，孙雅婷在出手前0.04s时明显有一个压腕动作，即腕关节角度从原来的伸的状态变到曲的状态，而其他受试者都没有做到这点，其腕关节都是始终是伸的状态，虽然也有压住腕的动作，即腕关节角度始终是处于伸状态，其角度是在增加，但是只能描述成是顶住腕，而没有出现有扣腕动作，其中受试着莫凤敏在出手前0.08s已经达到最大值，之后开始减少，似乎表明该受试者在射门前0.08秒时塌腕了[3],在水球的训练中要求运动员在出手时要压腕，最后是手尖拨球，类似于投掷铅球时的拨球动作，但本研究所的的数据表明除孙雅婷外其他受试者没有充分用到腕关节来加速球，没有完全把动量传递给球，使得球没有达到可能的最大速度。

研究统计了受试者出手速度平均约为18.82m/s。这个水平已经接近BrucecElliott和andJulieArmour所研究的男子水平(19.1m/s)，他们研究的女子水平为14.7m/s[5]，但此数据是1988年的。从国际泳联的官方网站上看到，2005年国际最高水平接近22m/s。

3结论

1)水球大力射门动作技术特征为鞭打类动作。因此可将鞭打动作的基本理论作为水球射门动作技术的理论基础。

2)超越器械阶段，躯干跃起高度虽然与出手速度无相关性，但是为加大射门威胁，提倡尽可能加大跃起高度。面对球门的初始姿势可影响到躯干肌肉完成拉长－缩短活动，躯干向前扭转的速度。

3)大力向前挥臂射门动作阶段，该阶段是鞭打动作的实现关键阶段，动作的好环很大程度上决定了出手速度。该阶段个动作时序性很重要。出手时的压腕动作很重要，它是用力的最后一个环节，与投掷铅球的“拨球”动作类似。

4)受试运动员为中国国家队现役队员，从对测试结果的分析显示她们射门动作技术已具有较高水平，但也存在许多不足，主要表现为：①普遍存在射门时跃起位移小，射门威胁不大。②小部分受试者鞭打动作时序性不好，影响了出手速度。③大部分受试者出手瞬间末端环节没有发上力，扣腕动作没有做好，只是把球推出去。

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第5篇：运动生物力学的定义范文

关键词:向量理论 吉布斯和亥维赛 严复 解析几何

一、向量理论的诞生

物理学、天文学中科学问题的强烈刺激，泰特、麦克斯韦的奠基性工作等诸多有利因素已经为一个新系统的诞生做好了准备。

19世纪下半叶，美国数理学家吉布斯和英国数理学家亥维赛出于对麦克斯韦《电磁通论》的兴趣转而去阅读泰特的四元数著作。他们发现四元数作为一个描述物理问题的数学工具很不方便，于是大胆彻底地放弃了四元数方法，定义了两个向量的加减运算，给出了其运算规律;定义了向量乘法的两种基本形式:数量积和向量积，导出了一些基本的运算关系式;继哈密顿和麦克斯韦等之后重新定义了向量函数，并引入了向量的微分和积分运算等。

在吉布斯和亥维赛那里，空间向量是和四元数不同的另一个独立的数学实体，而他们的数量积和向量积的定义则是观念上的一个革新。他们顺应时代的需要，凭借敏锐的判断力决定了四元数系统里什么可以删除，什么可以选择，并在选择的过程中进行了创造性的完善和修改，融入了一些重要的新思想，使得四元数系统在物理应用中的缺点在他们的新系统中消失，完成了这个新系统创立中的最后也是最关键的一步。

吉布斯和亥维赛的向量理论在物理学中得到普遍认可后，物理学家和数学家开始把向量语言大量地用在物理学和数学的各个分支。现代数学意义上的向量概念，其内涵要比物理学中向量概念的内涵深刻得多，远远超出了最初的“有向线段”，它包涵的对象极为丰富，已经被推广到更高维的空间或更抽象的空间。现代向量理论已经渗透到数学的各个领域，而且它在物理学、力学、天文学、生物力学等领域也已得到广泛应用。

二、向量在中国的传播

向量是数学和物理学中的对象，它伴随着物理学和数学知识的引进而传入中国。

1883年，美国传教士丁韪良刊发了编辑翻译的著作《格物测算·电学》。书中丁韪良曾以“双立人”偏旁表示矢量，如“有向距离”他用“彳距”表示。不过时至清末，译者对具有方向性的矢量的认识还远远不够。

向量在中国数学中的早期传播是与四元数相联系着的。在中国最早提到四元数的人可能是严复，而另一位较早介绍四元数及向量的学者是周达。周达访日归国时带回了大量的珍贵资料，其中包括日本数学家三上义夫有关四元数的一部日译稿。他的日本之行对中国早期通过日本了解西方近现代数学，特别是四元数起到了积极的作用。正式出版的第一部中译本四元数著作是由顾澄翻译，并于1909年石印出版的《四原原理》。

后的高等教育导致中国三、四十年代科学发展的。这一时期，包含向量理论的著作或教科书不断出现，其中既有大量的西方著作的中译本，又有中国学者自己撰写的著作和教科书。如:徐韫知翻译的英国数学家怀特海德的《算学导论》，谢厚藩翻译的哈斯的《理论物理学导论》;萨本栋的著作《普通物理学》，李番的高级中学教材《高中解析几何学》，张永立编写的《矢算初步》，胡金昌的著作《矢算论》，以及何衍璇的《矢之理论与运动学》等等。

这一时期，中国学者在向量理论领域已从早期的学习和吸收阶段逐渐转向独立研究阶段，除上面出版的著作外，还出现了大量的与向量有关的论文。如1932年，张羽丰的题为“向量分析”的论文于中国数理学会第三次年会上宣读;1935年黄用诹的题为“Vector algebra and line geometry(in Chinese)”在《中山大学自然科学季刊》上发表;1940年，黄用诹又在《爱丁伯格数学进展》上发表了题为“On two linear vector spaces associated with a vector in an Ln”的学术论文等等。

同时，中国的许多高校已把向量内容作为数学、物理专业的必修和选修课程。由此可以看出向量理论在我国20世纪三四十年代的高等教育中所占的重要地位。

第6篇：运动生物力学的定义范文

关键词：表面肌电；标枪；最后用力；运动生物力学

1.前言

表面肌电图（surface electromyography，sEMG），又称动态肌电图（dynamic electromyography ，DEMG），是从肌肉表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号。它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同程度的关联性，因而能在一定程度上反映神经肌肉的活动。肌肉运动中产生的生物电通过两个测量电极（相对于参考电极）产生电位差，差分放大器检测到该信号后，经过放大、记录后所得到的图形，现代高档的sEMG都是把放大的信号再转化为数字信号，经过通讯系统传输给计算机。计算机中的分析软件对所获得的数据进行分析处理，从而完成测试评估等科研或临床诊断任务。sEMG是一种简单、无创、容易被受试者接受的肌电活动，可用于测试较大范围内的EMG信号，并有助于反映运动过程中肌肉生理、生化等方面的改变；不仅可在静止状态测定肌肉活动，而且可在各种运动过程中持续观察肌肉活动的变化；不仅是一种对运动功能有意义的诊断评价方法，而且也是一种较好的生物反馈治疗技术[1]。因而在临床医学的神经肌肉疾病诊断、高等院校人机工效学领域的肌肉工作的工效学分析，体育系统（体科所）疲劳判定、运动技术合理性分析、肌纤维类型和无氧阈值的无损伤性预测，医院康复领域神经肌肉疾病诊断，肌肉功能评价等高等方面均有重要的实用价值[1]。

2.研究对象与研究方法

2.1 研究对象 男子标枪运动员二名，均为二级运动员，两人均采用右手投掷，并且本论文中所有的叙述均为右手投掷

2.2研究方法

2.2.1文献资料法

通过计算机网络搜索《中国期刊全文数据库》和手工查阅文献，收集近20多年有关标枪最后用力技术的研究现状及理论知识，并对其进行分类整理，对于与本文的研究目的、任务、方法和手段有关的信息作了较为详尽的归纳和综述。

2.2.2表面肌电测量法

芬兰MEGA Electronic Ltd.制造的MEGWIN6000 16通道遥测肌电测试仪一部，根据标枪最后用力阶段具体的动作结构特点，本文选取了9块主要肌肉进行测量，它们分别是：

上肢：（右侧） 胸大肌、三角肌、肱二头肌、背阔肌

躯干：腹直肌 、腹外斜肌（左侧）

下肢：（右侧）股二头肌、股四头肌（股直肌）、腓肠肌中段

2.2.3 数理统计法

遥测肌电数据处理：采用芬兰MEGAWIN公司自带的MegaWin2.4软件进行计算、处理和分析。将数据结果转换并存为“.xls”格式的文件，将数据输入EXCEL软件中，计算各参数值[2]。

3.研究结果与分析

本文对标枪最后用力阶段的定义结合对文献资料的总结将最后用力阶段划分为：交叉步动作结束，右脚着地屈膝缓冲，当身体重心垂直投影点刚刚超过右脚支点时开始，以右腿开始蹬伸至最后一步左脚触地支撑到标枪出手瞬间为止。此阶段是掷标枪完整技术中最后用力阶段的主要部分，其任务是在尽可能短的时间内完成投掷步最后一步，充分利用助跑所获得的速度和动量，在尽可能长的肌肉工作距离用较短时间将最大的功率施加于标枪，在出手瞬间达到最高速度并以合理的标枪姿态角及方位将标枪掷出[3]。最后用力阶段有几个比较重要的时刻，可归纳为4个瞬间：右脚着地屈膝缓冲，身体重心垂直投影点刚刚超过右脚支点瞬间（A瞬间），支撑形成瞬间（B瞬间），“最大满弓”瞬间（C瞬间），标枪出手瞬间（D瞬间）。

因此文中研究所采用的阶段具体划分为三个阶段：（1）缓冲阶段，这一阶段从右脚触地瞬间起至身体重心移至右脚支撑点上方时止；（2）蹬伸阶段，即支撑形成阶段。这一阶段从身体重心移过右脚支撑点垂直上方时起至右腿蹬伸至最大限度止；（3）满弓与最后用力出手状态形成阶段，这一阶段从右腿完成蹬伸动作至最后一步左脚触地瞬间止；最后用力阶段有几个比较重要的时刻，可归纳为4个瞬间时相：右脚着地屈膝缓冲，身体重心垂直投影点刚刚超过右脚支点瞬间（A时相），支撑形成瞬间（B时相），“最大满弓”瞬间（C时相），标枪出手瞬间（D时相）。根据最后用力阶段中几个重要瞬间，将最后用力阶段对应划分为I（A-B）、II（B-C）、III（C-D）三个动作阶段，分别对应缓冲阶段、支撑形成阶段，满弓形成阶段和最后用力出手状态形成阶段（以右手为例）。

3.1最后用力缓冲阶段过程中各肌肉积分肌电值分析

为更加直观的分析缓冲阶段中各肌肉的积分肌电值的水平差异及规律，将其单位换算为微伏秒（uvs），并且制作直观柱状图（见图3.1）。

图3.1 周**最后用力缓冲阶段各肌肉表面积分肌电值的柱状图

注：图中1―9指：1-右胸大肌；2-右三角肌（中部）；3-肱二头肌；4-腹直肌；5-左腹外斜肌；6-背阔肌；7-股二头肌；8-股四头肌（股直肌）；9-腓肠肌（中段）

另外，运动员在平时的训练过程中要注意，缓冲阶段的用力讲究的是最大限度的为下一阶段做动量上的储备，而非充分的缓冲。由于标枪项目对缓冲阶段要求的特殊性，必须让运动员了解怎样的合理缓冲与过渡。众所周知，肌肉的控制依赖于神经系统的反馈调节，所以运动员对标枪项目缓冲阶段的认知与反馈则对动作技术的形成有重要意义。说明了运动员在今后训练中既要注意对重点部位的训练，也要了解掷标枪过程是一个完整的统一整体，各肌肉既相互联系也相互影响。

4.结论

4.1在周**最后用力缓冲阶段，右侧股四头肌与三角肌（中部）有持续发力现象，股四头肌的持续用力来源于右脚的触地后产生的反作用力，股四头肌为下肢较大肌群中的核心部分，因此在此阶段的肌肉兴奋性较强。肱二头肌也表现出较大的兴奋性达到489uvs。

4.2最后用力蹬伸、支撑形成过程中，周**的三角肌中部的值较大，其次为胸大肌，下肢中唯一均值较大的是股四头肌，股四头肌完成缓冲后力量也逐渐减弱。值得一提的是在此阶段中唯一逐渐增大的肌肉是股二头肌，波形振幅较大，兴奋性较强，用力几乎贯穿整个过程的始终。

参考文献：

[1] 吴毅，俞晓杰.等速技术和表面肌电图技术在骨关节炎中的应用.继续医学教育，第20卷第30期.

[2] 王键.体育科学，2000，20（4）：56-60.

[2] 韩岳洋，李强，牛健壮.不同级别运动员背向滑步推铅球最后用力技术的运动学及肌肉表面肌电活动特征的分析[J].西安体育学院学报2012，29（6）：725-728.

第7篇：运动生物力学的定义范文

【摘要】 采用半椎板切除治疗椎管内肿瘤,较之全椎板切除，对脊柱的损伤小,术后行椎管重建后不仅保持了椎管的完整性 ,而且完全符合脊柱稳定的解剖学基础与生物力学基础 , 使脊柱的稳定性得到了较好的保持，研究表明:经一侧半椎板入路半椎板或部分半椎板切除后椎管重建 ,能够在不影响切除肿瘤的情况下 ,将损伤降低到最小限度。椎管重建的不断发展为处理椎管内肿瘤提供了可靠的保障。

【关键词】 椎管内肿瘤 半椎板切开 椎管重建

1 椎管内肿瘤

椎管内肿瘤约占中枢神经系统肿瘤的 15% ,而硬脊膜下脊髓外肿瘤所占比例约为 60%～70% ,以神经鞘瘤和脊膜瘤多见，这两种肿瘤均为WHOⅠ级, 单发者手术全切可以治愈［1］。硬膜外的主要是转移性肿瘤,多为恶性,所占比例较小。手术切除是椎管内肿瘤的唯一有效的治疗方法。椎管内肿瘤大多是良性肿瘤,因此手术切除可获得痊愈。

2 半椎板手术切除椎管内肿瘤

对椎管内肿瘤的手术治疗，在1887年由Gowers和 Horsly首先开展。全椎板切除术是椎管内肿瘤常规手术方法,术中需切断棘上韧带、棘间韧带 ,切除棘突及双侧椎板,有时还需切除部分关节突,对脊椎稳定性造成了较大的破坏,往往导致术后远期椎体滑脱及脊柱畸形。而且,咬骨钳反复操作咬除椎板过程中容易产生对脊髓的机械损伤或刺激。全椎板切除不仅破坏了椎管的管性结构,而且还使硬脊膜与肌肉创面形成粘连［2］。局部软组织粘连、瘫痕形成可导致医源性椎管狭窄症。

半椎板手术切除椎管内肿瘤能较好的保持脊柱的解剖结构［3］。其对脊柱的稳定性影响较小，手术的创伤小，并发症少。手术后病人恢复的时间较快，术后症状消失快，生活质量有了较大的提高，半椎板手术的缺点是暴露有限。由于半椎板切开,棘突留在原位,对视线及操作均有一定的影响。手术咬除椎板到关节突关节的内侧,宽度只有 1.5 cm左右,手术的空间狭小。根据我们的经验,颈段椎管最宽,可暴露的宽度达 2 cm。其次是腰椎,胸椎由于肋骨及横突关节的影响,半椎板暴露的宽度最窄。但多数硬膜下和硬膜外的占位病变体积较小,且偏向一侧生长,因此这一宽度已经足够。手术中可以完整地暴露硬脊膜［4］。由于手术空间狭小,不要勉强完整的切除肿瘤,以免损伤脊髓或是神经根。椎管内肿瘤半椎板手术适用于体积较小 (一般小于2 cm,而且肿瘤多限2～3个椎体 ) ,肿瘤大部分偏向一侧生长的髓外硬脊膜下肿瘤,以神经鞘瘤为最佳。总之，采用半椎板手术切除椎管内肿瘤,脊柱的解剖结构和稳定性完全符合神经外科微创理念,而其在避免了全椎板切除的同时,还为病人节约了内固定材料的费用。根据我们的经验，椎管内大部份的肿瘤均可经半椎板切开进行显微手术治疗。对于半椎板入路应以病灶侧或病灶中心侧为手术切口进入 ,术中应在骨膜下分离椎旁肌 ,保留棘上、棘间韧带与棘突 ,开窗侧尽量保留关节突;开窗范围可达 1.5～2.0cm，棘突基底部可楔形咬除或磨除 ,尽可能增加手术视野,保留脊柱的解剖结构完整性。适用于背侧或外侧的髓外肿瘤,及病灶小、边界清的髓内肿瘤。但对于肿瘤大、与脊髓粘连紧密或髓内无边界浸润生长的肿瘤 ,为减少对脊髓和神经的损伤 ,仍然需要采用全椎板入路。

3 椎管重建

3.1 椎管重建的发展：在椎管内肿瘤切除中行椎板截骨原位再植术，即椎管重建，可进一步恢复脊柱的稳定性，并将发生手术并发症的机会降到最低。采用半椎板或次半椎板切除术行脊髓肿瘤切除，其对于防止椎体后方支持结构的削弱已经是一个有力的措施，但该术式仅适用于哑铃型或偏一侧的较小肿瘤。如遇肿瘤较大，只能行瘤内分块切除或刮除肿瘤，若肿瘤血供丰富，将很难保持清晰术野，使靠近脊髓一侧的操作带有一定的盲目性；对下腰段的肿瘤，剪开硬脊膜，释出脑脊液后，肿瘤会随附着的马尾神经根漂移，过小的骨窗会导致肿瘤定位及切除操作的困难，增加神经牵拉和误伤的机会，从而使术后脊髓、神经根症状加重，影响手术效果，有违微侵袭手术的初衷。临床上发现半椎板术后行椎管重建更加符合微创手术的标准。关于经半椎板入路术后椎板重建的手术方式 ,国外报道甚少 ,2003年国内赵爱国等人［5］始有类似报道 ,就其手术方法而言 ,术中切除了一侧的椎板及棘突术后回植的方法 ,大大减轻了对椎管稳定性的破坏 ,但对于“微创”的概念而言, 创伤仍然不小。Banczerowski等采用的单侧部分半椎板切除并术后回植重建椎管的做法几乎达到了“无创”的效果［6］。

3.2 脊柱稳定的理论基础：脊柱是人体主要的支持结构 ,在维持人体的稳定以及运动方面发挥着重要的用。脊柱解剖结构的完整性是维持其生理功能的基础。脊柱稳定性定义为:在生理载荷情况下,保护神经结构的功能单位既无异常的应变 ,亦无过度的活动。1983Denis［7］提出了脊柱的三柱理论的概念,为进一步理解脊柱的生物力学特点奠定了基础，即前纵韧带、椎体的前半部分和纤维环的前半部分组成前柱，后纵韧带、椎体的后半部分以及纤维环的后半部分组成中柱，由椎弓根、黄韧带、关节囊和棘间韧带组成后柱。生物力学证实后柱和中柱共同承受60%的载荷。在后柱中,关节突除引导节段的运动外,还承受压缩、 拉伸、 剪切、 扭转等不同类型的负荷,对脊柱的运动有重要的影响。韧带主要承担大部分的牵张负荷,它可以限制脊柱运动在一定的范围内,同时它可以通过限制位移,吸收能量来保护脊髓免受损伤。传统认为单纯后柱结构缺失、无小关节突损伤的情况下对脊柱尤其胸腰段的稳定性影响甚微。但实际上，椎板切除后,脊柱整体稳定性明显减弱,椎管后壁骨性结构缺失使硬脊膜囊和脊神经根完露,日久因局部纤维化和瘢痕组织增生可形成医源性椎管狭窄症,从而出现新的症状和体征［8］。景治涛等发现儿童椎管内肿瘤术中椎板切除范围>3个易发生脊柱畸形。陈赞等认为切除过多的椎板势必影响脊柱的稳定性,甚至导致脊柱后凸畸形,造成医源性脊髓压迫损伤。

3.3 椎管重建的意义：手术对脊柱部件的切除必然要影响脊柱的稳定性,手术后脊柱节段运动的增加与手中切除脊柱的部位以及切除的范围直接相关。传统的手术对脊柱的稳定性破坏较大 ,必然对病人的脊柱功能造成影响。而椎管重建保持脊柱后柱骨与韧带的连续性,为维持脊柱的稳定性提供了解剖基础。同时,椎管重建保持椎管的完整性,避免椎管后方结构缺失而引起的椎管内神经粘连,保护了神经功能,进一步保持脊柱的稳定性。

以往的椎板切除术后 ,患者脊柱后柱的完整性遭到很大破坏,椎管后部丧失了椎板、黄韧带形成的天然阻隔屏障 ,创伤修复过程中形成的瘢痕可直接突入椎管内,与硬膜、神经根粘连,引起腰腿痛症状复发。Scheuerma等(1951年) 和 LaRoc-ca等 (1974年)的实验中用明胶海绵用于椎板切除术后预防硬膜和神经根周围的瘢痕粘连的材料收到了较好的效果,但以后不少学者的实验均证明明胶海绵植入后可达到止血的目的,却不具备良好的屏障作用,不能有效隔离成纤维细胞与血肿达到防粘连效果。硅胶、透明质酸钠、几丁糖、膨体聚四氟乙烯、聚乳酸膜、ADCON-L、自体脂肪、筋膜、异体硬脊膜等材料及 Gerzten等对动物模型在椎板切除术前、后施行低剂量外部照射 ,可显著降低硬膜外瘢痕粘连的范围及程度。这些用于临床防止术后硬膜和神经根周围的瘢痕粘连 ,虽然都取得了不同程度的效果 ,但是都存在不同的并发症［9］。由此,可以看出单纯用材料解决椎板切除术后硬脊膜周围粘连的问题非常困难。椎管重建使得椎板切除术后恢复脊柱后柱及椎管的完整性 ,有效的解决了椎板切除术后硬膜周围瘢痕粘连的发生 ,提高了手术效果。椎板回植椎管重建主要适用于椎管内占位病变，尤其是胸腰椎椎管内原发性肿瘤，还可用于退行性腰椎管狭窄症、腰椎间盘突出症合并发育性腰椎管狭窄、腰椎间盘中央型突出钙化等。对转移性肿瘤和合并感染的患者则不宜使用该方法。

3.4 方法和材料：在椎管重建的发展过程中，许多作者首先尝试了不同的截骨工具。Raimondi等对胸腰段肿瘤用高速气钻进行椎板切除重建,Perkinson应用普通线锯进行椎板切除重建,但两种方法截骨时造成骨的丢失过多,在进行回植时不易恢复原有的解剖结构,对于儿童由于脊柱骨更小,这一缺点显得更加突出。而且,普通线锯存在表面粗糙与容易损伤脊髓神经的缺点［10］。高速铣刀可以迅速方便的铣开椎板,节省时间的同时明显减少传统咬除椎板过程造成的出血，由于椎板与硬脊膜之间极少粘连,又可完全避免线锯开窗导致的硬脊膜破损、脊髓、脊神经根损伤。因为铣刀头的垫片厚度小于椎板钳和咬骨钳的厚度,故理论上不会对脊髓造成比传统咬骨方法更大的损伤。T型锯是一种新的截骨工具 ,直径仅有0.54mm，相当于一根椎板钢丝,而且非常柔韧,表面光滑,穿入时有塑料外套保护,操作过程相当于进行开放的硬膜外导管穿刺,因此,从椎管内穿出时非常安全,不易损伤硬脊膜和神经。1999年日本的Tomita ［11］最早使用T型锯进行脊柱肿瘤手术,对脊柱肿瘤进行了大块切除,切除更为彻底，由于T型锯造成的骨量丢失非常少,截下的椎板可以原位解剖重建,且位置稳定。Kawahara ［11］和Tomita等首先将这一技术用于椎板大块切除原位精确回植重建,进行椎管成形,对椎管内肿瘤治疗获得了非常理想的疗效。

由于治疗角度和对象的不同，国内骨科医师较神经外科医师更早注意研究和探索重塑脊椎后柱结构及稳定性的理论和方法。早期,常采用椎板单开门技术结合棘突打孔丝线固定治疗包括椎管狭窄在内的部分脊椎病变，此技术虽然可以使椎板棘突解剖复位，但因术中椎板阻挡严重影响肿瘤暴露而无法应用于椎管内肿瘤切除术。近年来,颈椎后路钢板螺钉固定技术广泛应用于颈椎管后部结构的固定,这其中包括侧块螺钉和椎弓根螺钉的使用。综观骨科医师在此方面所做的努力主要集中在应用特殊固定器械重塑后柱的稳定性,并非真正意义的椎管后部结构的解剖复位，这其中包括藤红林等在颈胸段脊柱骨肿瘤全脊椎切除术中,采用多种特殊内固定系统重建脊柱稳定性,而最有创意并接近生理解剖复位的尝试应属营风增等采用颈椎后路单开门技术结合微型钛板-钛钉固定治疗颈椎病的方法。

由于椎板宽度、大小、椎板侧块后表面的弧度因人而异，解剖变异较大,因此难以采用恒定的固定材料对游离的椎板棘突复合体进行牢固同定。既往采用的丝线、生物胶固定法,理论上也无法达到脊柱应力状态下的坚强固定。如何寻找一种既具有一定强度,又能方便塑形 ,操作简单可靠,术后MRI检查不受影响的理想固定材料呢？临床上普遍使用的专用颅骨修补钛板、钛条、钛钉基本符合了上述标准。近年来,我们应用高速磨钻、铣刀开窗，将相应椎板及棘突完整取下，再选用相对较厚进口钛条,结合6mm防自脱的专用钛钉重建椎管的解剖结构，可以获得理想的固定效果,随访期间未见置入材料的脱落、松动和移位。

4

椎管重建的展望

综上所述,在情况允许的椎管内肿瘤切除手术中,选用半椎板切除术并使用椎管重建的方法不仅符合脊柱解剖学原理及生物动力学原理,而且也符合越来越被人们推崇的微创的理念。在不影响切除肿瘤的前提下保持了脊柱的稳定性,维护了椎管的完整性,创伤小、疼痛轻、术后卧床时间短、恢复快。而且从远期效果讲,可以避免传统椎板切除手术创伤修复过程中形成的瘢痕突入椎管内与硬脊膜、神经粘连而带来的疼痛或神经功能缺失等一系列症状。在椎管内肿瘤切除术中，我们正使用越来越先进的工具、去发现越来越适合的材料，椎管重建得到了越来越多的应用及开展,其优越性也得到了越来越好的体现。相信,随着科技的进步和医学的发展,椎管重建一定会有更好的明天。

参考文献

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第8篇：运动生物力学的定义范文

关键词:骨矿含量;骨密度;骨强度;男大学生;太极拳

中图分类号:G804.21文献标识码:A文章编 号:1007-3612(2010)05-0062-04

Effects of the Longtime Shadowboxing Exercise on the Bone Heal th of Male College Students

ZHANG Binnan1,WANG Li2,GUO Yijun1,LIU Xiaojun3,HUANG Jingtao 1,YU Wenzhan1

(1. Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049,Shaanxi,China; 2. Harbin Institute of Technology University, Hrebin 150001, Heilongjian g China; 3.Physical Education Department of Weinan Normal University,Weinan 714 000,Shaanxi China)

Abstract: after analyzing the effects of longtime shadowboxing exercise on the

bone health of male college students, the paper finds that shadowboxing exercisecan improve student’s bone mass and bone strength, improve the condition of th e bone health, especially for the calcaneus, thighbone and lumbar. The paper of fers theoretical reference in hope of preventing and postponing the happening ofthe osteoporosis, improve the health quality of the whole nation, and set up th e risk evaluation system of the mass fitness and health.

Key words: BMC; BMD; BTI; male undergraduate; shadowboxing

国民体质健康状况是一个国家综合国力的重要组成部分。2000年国民体质研究报告与20 05年第二次国民体质监测公报结果表明[1,2]:从1985年至2005年的20年间,中国 成年国民 的体质健康状况有所改善,但与运动能力有关的诸多身体素质指标则呈下降甚至连续下降趋 势。大学时期是青少年至成年人之间的过渡时期,其体质健康状况直接影响到成年后的体质 健康水平,探讨体育锻炼对体质健康影响的研究具有积极而深远的意义。运动系统的机能是 人们从事工作及体育活动的基础,又受到体育锻炼的影响。骨骼作为运动系统的重要组成部 分,是人体的支架,运动的杠杆,因其健康状况直接影响到人们的生活质量而备受关注[3,4]。太极拳从清初创建到现在,已经有300多年的历史。太极拳的起源传说不一, 有张三丰 创拳说、陈王庭创拳说等等,虚无飘渺的传说为太极拳蒙上了一层神秘的色彩。在以后的流 传、发展中,太极拳逐渐演变为陈式、杨式、武式、吴式、孙式等流派,习练者日众,现在 世界各地均有太极拳练习者,人数已达数十亿之多。太极拳运动是中国传统文化的精粹,其 深邃的文化底蕴和健身效果备受国人推崇,拥有广泛的群众基础。随着太极拳运动被广大高 校列为体育教学的必修科目,在大学生中间迅速掀起一股习练国粹、弘扬国粹的热潮。本文 通过教学实验研究,探讨长期太极拳练习对男大学生骨健康的影响,为进一步推广与普及太 极拳运动,丰富和完善太极拳健身理论提供科学依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

按照自愿报名的原则,在签署知情同意书后,将西安交通大学一年级男大学生99人(表1) 分为两组(实验组和对照组),制定一个学期的太极拳健身运动干预方案。

受试者按照如下条件筛选:1) 未服用过影响骨代谢的相关药品;2) 无骨折史及家 族性骨骼病史;3) 未患有影响骨代谢的慢性疾病;4) 所有受试者的营养结构大致相同 (住校食宿)。

运动干预前两组受试者在性别、年龄、跟骨强度等方面的差异不具有统计学差异。

表1 研究对象基本情况

组别人数年龄/岁身高/cm体重/kg跟骨强度/%对照组5918.65±1.72162.81±3.1655.76±5.7895.8±14.6 实验组4018.73±1.85161.98±4.0254.38±5.8196.5±13.91.2 研究方法

1.2.1 太极拳练习干预方案

长期太极拳练习干预方案按照趣味性、科学性、知识性、系统性、实用性的原则制定。 具体内容为:24是简化太极拳、基本步伐、42式太极拳等等。实验组每周安排太极拳练习5 次以上,每次练习时间为60 min,累计练习为一个完整学期。对照组在进行正常体育课程学 习以外,不安排任何计划性的体育锻炼,一般只进行

投稿日期:2009-06-30

作者简介:张斌南,讲师,硕士,研究方向运动人体科学、体育教学与 训练。通讯作者:刘晓军。 日常体力活动。运动强度:最大心率的60%～80%,一般控制在120～140次/min。运动强度用 芬兰产S610iPolar表 控制。为保证健身运动的安全性,采用主观感觉和教育学观察法相结合的方法对运动强度进 行适当控调,如果太极拳练习者感觉疲劳和身体不适,则终止当次练习。

1.2.2 测量法

采用美国Lunar公司Achilles Express超声骨强度仪,测量受试者足跟(跟骨)的振幅 衰减(UBA)、超声传导速度(SOS)和骨强度值(Stiffness Index,STI),测试部位一律为右足 跟骨。测试前对受试者右足跟用酒精棉球进行消毒并涂上专用传导凝胶物,然后将右足放在 测定槽内,足跟紧贴内壁并进行测定。该仪器的测量误差范围为±2%。

采用美国Lunar公司生产的DPX-L型双能量X线骨密度仪,测量受试者第2腰椎和双侧股骨 颈的骨密度值(g/cm2)。DEXA测试方法:受试者着单衣,脱掉皮带和鞋,呈仰卧位平躺在 检 查台特定区域上,足尖朝上,并与垂直线呈15°,双臂靠近躯干,从头部开始扫描至足,完 成全身扫描。测试时要求受试者尽量空腹,身上不佩戴金属物件。

1.2.3 数据处理

用SPSS16.0统计软件对数据进行处理:所有数据用均数±标准差表示,采用One-way ANOVA 与Least-significant difference(LSD)法进行相关检验。

2 结 果

2.1 实验组与对照组跟骨测量指标比较

表2结果显示:实验前两组同类指标之间不具有统计学差异(P>0.05)。习练太极拳后实 验组的BUA、SOS、STI等指标明显高于该组实验前水平,且都有统计学差异,其中:BUA(超 声振幅衰减,P

表2 太极拳运动对不同组别跟骨BUA、SOS、STI值的影响

指标实验组(n=40)实验前 实验后对照组(n=59)实验前 实验后BUA/dB•MHz-170.99±3.9274.26±3.69**&&71.11±3.6270.86±3.59SOS/m•s-11579.38±36.601584.18±37.32*&1577.29±35.031578.18±36.18STI/%100.97±15.80105.27±14.96**&&9 9.80±13.82100.68±14.78

*表示与实验组实验前相比,P

2.2 实验组与对照组腰椎及股骨骨矿含量比较

表3结果显示:实验前两组同类指标之间不具有统计学差异(P>0.05)。习练太极拳后实 验组的第二腰椎骨矿含量、股骨近端骨矿含量高于该组实验前水平,且都有统计学差异,其 中:腰椎骨矿含量差异为P

2.3 实验组与对照组腰椎及股骨骨密度比较

表4结果显示 :实验前两组同类指标之间不具有统计学差异(P>0.05)。习练太极拳后实验组的腰椎 和股骨的骨密度值均高于该组实验前水平,且都有统计学差异P

表3 太极拳运动对不同组别腰椎及股骨骨矿含量的影响 g

指标实验组(n=40)实验前 实验后对照组(n=59)实验前 实验后腰椎BMC14.89±4.9216.09±4.53*&14.8 4±3.5614.92±3.64股骨BMC15.78±3.8817.88±3.72**&&15 .72±3.6315.94±3.59

实验组与对照组实验后结果之间也有统计学差异P0.05)。该结果提示:太极拳运动可以改善腰椎及股骨运动中对机械 力的耐受水平。

表4 太极拳运动对不同组别腰椎及股骨骨密度的影响 g/cm2

指标实验组(n=40)实验前 实验后对照组(n=59)实验前 实验后腰椎BMD0.71±0.180.89±0.14**&&0.74 ±0.130.76±0.11股骨BMD0.69±0.160.87±0.17**&&0.68 ±0.150.67±0.13

3 分析与讨论

3.1 骨健康评价的指标

骨健康首先是骨自身物质组成与结构的完整,以及自身生理功能的良好适应与不断完善 。骨代谢是保证自身组成与结构完整的前提,其主要形式是在破骨细胞的作用下不断吸收旧 骨,在成骨细胞作用下,合成新骨,这种骨质的破坏、吸收与再形成之间的协调活动为骨健 康状态的维持提供了保障。适当的体育锻炼使骨产生良好适应和完善功能的有效手段,长期 练习可以保证钙、磷、蛋白质等营养物质的有效吸收和利用,对骨的生理机能产生良好的促 进作用。因此,骨健康评价就是从量变研究到质变研究的过程。

骨吸收过多或形成不足引起平衡失调的最终结果会导致骨量的减少和骨微细结构的变化 ,就会形成骨质疏松。骨质改变首先影响骨结构改变,导致骨机能异常。骨矿含量与骨密度 都是反映骨结构改变的敏感指标,对确定早期骨质疏松最敏感,可预测骨折的危险性,是诊 断骨质疏松症的主要检测方法[5,6]。骨强度则是反映骨机能改变的敏感指标,反 映出骨的力学结构和力学性能以及骨代谢等方面改变[7-11]。因此,骨矿含量、骨 密度和骨强度等是评价骨健康的有效指标。

3.2 长期太极拳练习对骨矿含量变化的影响

人类骨骼的生长、发育和衰老是一个正常的生理过程。在生命的不同时期,人体骨矿含 量有着不同的差异。从出生至20岁,随年龄增长骨矿含量持续增加;从20～30岁,骨矿含量 仍在缓慢增加;从30～40岁,骨骼生长处于相对平衡状态,骨密度也处于一生的峰值期,该 期约维持5～10 a。

虽然个体的骨量大部分是在生长期获得的,但也有研究报道[12]:在停止生长后, 骨量 仍可增加直到获得峰值骨量为止。在达到峰值骨量的前后一段时期内,骨骼变化处于一种相 对平衡状态,骨密度为一生的高峰期,有人把这一时期称为骨量平衡峰值期。Snow-Harter [ 13]的研究证明,体力活动与男大学生腰椎骨密度呈正相关,举重或跑步都能使其明显增 加。但也有不同的报道,Riggs[14]等观察到青年男性脊椎骨密度显示出降低趋势 。

骨骼任何部位的BMD测量都具有预测骨折风险的价值,多部位的BMD测量可以预测骨折的 风险和进行治疗效果的评估。髋部骨折是骨质疏松引起骨折中数量最大,程度最严重的一种 ,1年内死亡率比无髋部骨折者高15%～20%[15]。就预测髋部骨折而言,有研究证 实,髋部BMD测量是诊断髋部骨质疏松和预测髋部骨折的首选方法[16,17]。其中股 骨Ward三角区被一些 研究认定为是评估骨质疏松性骨折危险性的最敏感部位,随着年龄的增长BMD丢失速度为认 为Ward三角区>股骨粗隆部>股骨颈>腰椎[18]。高龄人群发生股骨粗隆部骨折的概 率较股骨 颈明显增高,腰椎测定常常会受到干扰而不能真实反应实际的骨丢失量[19]。但目 前常用骨 密度测量部位仍以腰椎为主,这主要是因为腰椎是诊断骨质疏松的传统部位,各种骨密度测 量技术多取腰椎部位。美国国立卫生研究院(NIH)的研究结论认为:跟骨是检测骨密度的最 佳测定部位。跟骨的骨松质含量较高,骨松质的骨转换率比骨密质的骨转换率高8倍[2 0],而测定骨松质的BMD比骨密质的敏感性高。

太极拳是通过关节、骨骼、韧带、肌肉的不断的拉伸,使自身的灵活性不断提高从而避 免骨损伤;二是通过套路的练习,加大了自身的运动量,使自身的力量和耐力得到不断增加 ,精力不断充沛。由于在练习太极拳的过程中,始终都要贯彻“虚领顶劲,气沉丹田”,久 而久之就会有太极内功的生成并随着练功不断深入而得到逐渐增强。随着太极内功的不断增 强,自身的经络逐渐被打通。随着经络的不断畅通,使原来不够健康的骨组织、器官的一些 病灶被逐渐排除,有效改善骨量变化,使其功能到得恢复和加强;而原本健康的组织、器官 的功能得到强化,减少避免骨质疏松症的发病率。长期太极拳练习能有效改善男大学生第二 腰椎、股骨近端的骨矿含量和骨密度。本研究的结果表明:长期习练太极拳后实验组的第二 腰椎骨矿含量、股骨近端骨矿含量高于该组实验前水平,其中腰椎骨矿含量差异为P

文献研究发现习练太极拳是有效改善骨健康的方式[21]:男、女30～39岁运动组研 究对 象的BMD明显高于同性别同龄的对照组研究对象测量值,具有统计学上的高度显著差异性( P

3.3 长期太极拳练习对骨强度变化的影响

骨强度随年龄增长明显下降,在相仿的重复载荷作用下,老年人较青年人更易发生骨松 质内骨小梁显微骨折。当显微骨折达到一定数量时,在轻微外力作用下即可导致临床上常见 的压缩性骨折。因此,在骨质疏松程度评估及骨折危险性的预测中,不能忽视骨小梁的内部 结构,而片面强调骨密度在骨质疏松症中的作用[23]。骨质含量和骨的生物力学性 能指标之 间的关系分析表明,骨质含量的变化和反映骨的生物力学性能的主要指标的变化方向一致, 即二者有正相关的关系;但骨质含量的增减幅度和相应力学指标的增减变化幅度差别仍然较 大。说明骨质含量的丢失与增加是影响骨的力学性能的重要因素,但不是唯一因素[24 ,25]。

BUA(超声振幅衰减)反映骨及软组织对声波吸收和散射使超声能量信号减低的超声波 能量比值,依据它可以诊断骨质疏松。SOS(超声传导速度)是身体测量部位宽度或长度与 传导时间之比,主要受骨弹性、骨形状、大小、骨力学特性、骨组成和内部结构影响,其次 受骨密度影响。声速的平方与弹性模量、骨强度成正比。跟骨SOS与股骨颈BMD相关性较高( r=0.691),可用以反映股骨颈骨折的危险性[26]。STI(骨强度)可同时反映骨 密度和骨微结 构情况,用这一指数对WHO所定义的骨质疏松有较好的诊断意义[27]。它与骨质疏 松骨折发生率呈负相关,与BMD呈同步变化[28-33]。

本研究的结果表明:长期太极拳练习能有效改善男大学生的骨强度,习练太极拳后实验组的 BUA、SOS、STI等指标明显高于该组实验前水平,其中BUA(超声振幅衰减,P

4 小结与建议

1) 长期太极拳练习能有效提高男大学生骨量水平,尤其是股骨近端和第二腰椎骨矿含量和 骨密度。

2) 长期太极拳练习能有效改善男大学生骨强度水平,提高骨骼对机械负荷与应力刺激的耐 受能力。

3) 需要从骨代谢角度进一步探讨太极拳运动改善骨健康的机制。

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第9篇：运动生物力学的定义范文

关键词：人体工程学；高跟鞋；设计

1 人体工程学概述

人体工程学是一门交叉性很强的基础应用科学，也是指导设计学科进行设计研究的重要科学内容。美国人机工程学专家伍德（charlesCwood）认为人体工程学的定义是“设备的设计必须适合人在各个方面的因素，以便在操作上付出最少能耗而求得最高效率。”我国人体工程学者对人体工程学下的定义是“人体工程学是运用生理学、心理学和其他相关学科的知识，使机器与人相互适应，并创造舒适和安全的环境，从而提高功效的一门科学。”按照国际人体工程学会（InternationalErgonomics Association，简称IEA①）认为：人体工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心里学等方面的因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、生活中和休假时怎样统一考量工作效率、人体健康、生命安全和舒适程度等问题的学科。②

2 脚型与高跟鞋之间的关系

高跟鞋，顾名思义是指鞋跟非常高的鞋子，一般是指7厘米以上的鞋子。但是由于近年来高跟鞋种类繁多，高跟鞋按高度来分的话，1至3厘米是低跟鞋，4至7厘米是中跟鞋，7厘米以上为高跟鞋；按高跟鞋的鞋跟设计来分的话，分为叠跟、曲线跟、路易式跟、逗号式跟、锥尖跟。

要分析高跟鞋与脚的组合关系，就要先了解人体脚型特征，脚的基本形式由骨骼决定的，脚的骨骼共有26块，包括趾骨、跖骨、跗骨三大部分，其中趾骨14块，是足部运动灵活性最高的部位；跖骨5块，维持着足部运动的平衡性，趾骨和跖骨共同组成趾跖关节，是脚部屈挠最频繁的位置；跗骨7块，贯穿人体重心线，是承受人体重力的主要部位。人脚的26块骨骼与附着在其上面的肌肉，共同支撑着人体直立和推动着人体运动。

与高跟鞋设计有关的足部结构还有足弓，足弓是脚部位的弓状突起，在人运动过程中发挥着重要作用，当足弓受力时，同时足弓会发生变形（图1，图2）。图1为正常脚弓形状，图2为受力后足弓的形状，足弓在人体当中的作用相当于减震器，正常情况下是弓形的，在受力之后会变平，有些扁平足的人足弓是扁平的，所以扁平足的人比正常人更容易觉得疲劳。如果鞋设计不当，会造成穿用时的不舒适感，严重的会导致脚病的产生。例如鞋底凸度过大，会挤压脚弓，穿用者会感到疲劳，如果长期穿用这样的鞋，会使附着在脚弓上的肌肉和韧带受到伤害，造成扁平足，影响人的健康。从舒适性和安全性的角度考虑，鞋的脚弓位置应该加上缓冲和减震装置，在不影响脚弓正常功能的基础上，有效改善穿用性能。

3 高跟鞋的高度与舒适性关系

影响高跟鞋舒适性的因素有很多，其中最明显的就是鞋跟高度。随着鞋跟高度增加，人体重心向前移，前足承受的压力增大。跟高3厘米左右的中低跟鞋把足后跟的压力向前移一部分，分散后足中的压力，对人体是有利的，可以减缓后跟的疲劳。但是跟高达到7cm的高跟鞋的前足中的压力过于集中会造成不舒适。随着鞋的高度的增加，脚掌所承受的压力也就越大，通过图3可以看出。对于舒适保健的鞋跟高度有人认为应该是平底鞋；也有人认为平底鞋有害健康会加大足弓的翻折幅度，存在造成足弓弹性丧失的危险，说法不一；但是通过研究发现舒适保健的不是平底鞋，而是3cm左右坡度的坡跟鞋，使压力稍稍分散。因此越来越多的平底鞋也是会有一定坡度，与完全平底的鞋相比其耐疲劳时间更长。

高跟鞋的舒适度不仅跟高度有关，鞋跟的粗细对压力的分布也会产生很大影响。跟的粗细影响脚掌压力的分散与集中，受力面积越小，压力越大。穿粗跟鞋的时候，脚部跟骨位置很平稳，脚掌的压力也由后跟分担了一步分，而穿细高跟鞋的时候，后跟稳定性没有粗跟的好，从心理角度来说不会把后跟所有的重力放在上面，相对来说还是穿粗跟鞋要更舒适一些。

4 结语

从上面的内容我们已经了解到了人体工程学对于高跟鞋设计应用的重要性，医学和人体工程学证明，穿着高跟鞋对人体有不利影响，但因女性的审美需求高跟鞋不会消失，7至10厘米甚至更高的高跟鞋，依然受到很多女士的青睐，所以要想让高跟鞋与脚进行最舒适的组合，就必须了解脚部的骨骼特征以及影响骨骼受力的鞋的因素。本文对舒适度最高，不利影响降低到最小的高跟鞋设计提供理论参考依据。

注释：①IEA是国际人体工程学会的简称，成立于1960年，先后召开了10多届国际性会议，英、美、德、日、法等许多国家的人体工程学会均与IEA建立了联系。

②刘峰.人体工程学[M].辽宁美术出版社，2008：8.

参考文献：

[1]刘峰.人体工程学[M].辽宁美术出版社，2008.

[2]文化服装学院编（日）.王佩国，郝瑞闽，编译.文化服装讲座―――鞋・帽篇[M].中国轻工业出版社，2000.

[3]唐芳，肖居霞，张海泉，魏取福.高跟鞋底优化以改善压力舒适性[J].期刊论文.皮革科学与工程，2011（2）.